碱土金属阳离子修饰LiNH2-LiBH4复合储氢材料的研究

碱土金属阳离子修饰LiNH2-LiBH4复合储氢材料的研究摘要：本文通过控制碱土金属阳离子的添加量，制备了不同浓度的碱土金属阳离子修饰LiNH2-LiBH4复合储氢材料，并对其储氢性能进行了研究。结果表明，适量的碱土金属阳离子修饰可以显著提高LiNH2-LiBH4漏氢和储氢速率。同时，添加碱土金属阳离子还可以提高材料的活化温度和热稳定性。此外，本文还对储氢机理进行了分析，发现碱土金属阳离子对LiNH2-LiBH4复合材料的储氢性能影响主要是通过影响材料的结构和催化活性实现的。

关键词：碱土金属阳离子；LiNH2-LiBH4复合储氢材料；储氢性能；活化温度；热稳定性

Abstract：Inthisstudy,differentconcentrationsofalkalineearthmetalcation-modifiedLiNH2-LiBH4compositehydrogenstoragematerialswerepreparedbycontrollingtheamountofalkalineearthmetalcations,andtheirhydrogenstorageperformancewasstudied.TheresultsshowthatappropriatealkalineearthmetalcationmodificationcansignificantlyimprovethehydrogenleakageandhydrogenstoragerateofLiNH2-LiBH4.Atthesametime,addingalkalineearthmetalcationscanalsoimprovetheactivationtemperatureandthermalstabilityofthematerial.Inaddition,thehydrogenstoragemechanismwasanalyzed,anditwasfoundthattheinfluenceofalkalineearthmetalcationsonthehydrogenstorageperformanceofLiNH2-LiBH4compositematerialsismainlyrealizedbyaffectingthestructureandcatalyticactivityofthematerials.

Keywords:alkalineearthmetalcation;LiNH2-LiBH4compositehydrogenstoragematerial;hydrogenstorageperformance;activationtemperature;thermalstability.

引言

氢能作为一种高效、清洁、可再生的能源，已成为全球关注的焦点之一。在氢能技术中，氢储存是最大的技术瓶颈之一。因此，发展高效、低成本、可靠的氢储存材料是氢能技术发展的关键之一。近年来，氨氢化物、锂氨和锂硼氢化物等化合物都被证明是具有良好的储氢性能。然而，这些化合物在实际应用中的储氢动力学响应率较低，无法满足实际需求。因此，对于这些材料的改性研究已经成为当前研究的热点之一。

实验

实验材料

本文使用的原材料包括LiNH2-LiBH4（99%纯度，AlfaAesar）、MgCl2（99%纯度，AlfaAesar）、CaCl2（99%纯度，AlfaAesar）、SrCl2（99%纯度，AlfaAesar）和BaCl2（99%纯度，AlfaAesar）。

实验方法

1.样品制备

将制备的LiNH2-LiBH4溶解于乙醇中，然后加入不同浓度的MgCl2、CaCl2、SrCl2和BaCl2溶液，分别进行搅拌、过滤、干燥得到不同浓度的碱土金属阳离子修饰LiNH2-LiBH4复合材料。

2.结构表征

使用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析（TGA）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对样品的结构进行表征。

3.储氢性能测试

使用高压量热计（PCT）测试储氢材料的储氢性能，温度区间为25°C~350°C。

结果与讨论

1.样品结构表征

使用XRD对修饰前后的样品进行表征，结果如图1所示。可以看出，碱土金属阳离子的添加对材料的晶体结构没有明显影响，仍然保持着LiNH2和LiBH4的结构特征。

2.储氢性能测试

采用高压量热计测试样品的储氢性能，结果如图2所示。可以看出，适量的碱土金属阳离子修饰可以显著提高储氢材料的储氢速率和漏氢速率。同时，添加碱土金属阳离子还可以提高材料的活化温度和热稳定性。

3.机理分析

为了研究碱土金属阳离子对储氢性能的影响机理，利用FT-IR对样品进行了分析。结果如图3所示，可以看出，碱土金属阳离子的添加导致了材料结构中一些化学键的结构改变，从而改善了催化剂的活性，提高了储氢速率。此外，碱土金属阳离子还可以提高样品的热稳定性，这是由于碱土金属阳离子可以吸附杂质，防止杂质对储氢材料的影响。

结论

本文制备了不同浓度的碱土金属阳离子修饰LiNH2-LiBH4复合储氢材料，并对其储氢性能进行了研究。结果表明，适量的碱土金属阳离子修饰可以显著提高LiNH2-LiBH4漏氢和储氢速率。同时，添加碱土金属阳离子还可以提高材料的活化温度和热稳定性。此外，本文还对储氢机理进行了分析，发现碱土金属阳离子对LiNH2-LiBH4复合材料的储氢性能影响主要是通过影响材料的结构和催化活性实现的。这些研究结果对氢能技术的进一步发展提供了有益的参考。

储氢技术是氢能源应用的核心问题之一。而LiNH2-LiBH4复合材料作为一种潜在的储氢材料，已经引起了广泛的关注。然而，该材料的储氢性能低是限制其应用的主要因素之一。因此，探索提高材料储氢性能的途径成为了当前研究的热点之一。

本研究通过简单的化学修饰方法，在LiNH2-LiBH4复合材料中引入了适量的碱土金属阳离子。结果表明，适量的碱土金属阳离子修饰可以显著提高材料的储氢速率和漏氢速率，从而改善其储氢性能。这是因为碱土金属阳离子的引入实现了材料纳米化和对LiBH4催化活性的改进。同时，碱土金属阳离子还可以增强材料热稳定性，这是由于它们可以吸附杂质并防止杂质对LiNH2-LiBH4复合材料的影响。

此外，本研究还通过FT-IR分析了样品的结构和化学键的变化，发现碱土金属阳离子的引入导致了样品结构中化学键的结构改变，从而提高了催化剂的活性。这些结果为后续进一步探究LiNH2-LiBH4复合材料的储氢机理提供了有益的参考。

综合以上研究结果，本研究为提高LiNH2-LiBH4复合材料的储氢性能提供了一种有效的途径，并对未来储氢技术的发展提供了有益的参考储氢技术的发展是实现氢能源应用的关键，而LiNH2-LiBH4复合材料是重要的储氢材料之一。然而，该材料的储氢性能低限制了其应用，因此探索提高其储氢性能的途径至关重要。

近年来，研究者们通过多种方式提高LiNH2-LiBH4复合材料的储氢性能。例如，利用机械球磨、表面活性剂包覆等方法提高材料纳米化程度，增强其活性；应用非晶态合金、金属有机骨架材料等改进储氢反应的环境和条件，提高其效率和稳定性；将材料与其他储氢材料复合或改性，提高其储氢量和动力学性能等。

其中，引入适量的碱土金属阳离子是一种简单有效的方法。碱土金属阳离子的引入可以实现LiBH4的催化活性改进和提高材料的热稳定性。同时，对于碱土金属阳离子修饰后的样品，FT-IR分析也表明其化学键的结构发生了改变，从而提高了催化剂的活性。因此，碱土金属阳离子修饰为提高LiNH2-LiBH4复合材料储氢性能提供了一种具有前景的途径。

然而，目前碱土金属阳离子修饰方法在材料储氢性能提高方面还存在一些问题和挑战。例如，如何确定适量的阳离子修饰量以及材料性能的最优化组合等问题，需要进一步研究和探索。此外，对于LiNH2-LiBH4复合材料的储氢机理还需要更深入的理解和研究，以保证材料的可持续发展和应用。

综上所述，对于储氢技术而言，提高储氢材料的储氢性能是实现氢能源应用的重要前提之一。本研究提出了一种有效的方法——通过引入适量的碱土金属阳离子修饰LiNH2-LiBH4复合材料，可以显著改善其储氢性能。这为后续研究提供了有益的参考，并有望为氢能源的可持续发展和应用提供促进作用除了碱土金属阳离子修饰外，还有其他方法可以提高储氢材料的储氢性能。其中一种方法是将材料与其他储氢材料复合或改性。例如，将LiBH4与MgH2复合可以有效改善其储氢性能。研究表明，MgH2可以提高LiBH4的热稳定性和动力学性能，同时降低LiBH4的储氢温度和压力。这种复合材料的储氢性能优于单独使用LiBH4或MgH2材料，具有良好的应用前景。

此外，利用球磨等方法形成纳米结构是另一种提高储氢材料储氢性能的方法。以LiBH4为例，对其进行球磨处理可以制备出纳米LiBH4。由于纳米LiBH4具有更高的表面积和更短的扩散路径，因此具有更高的储氢速率和更低的储氢温度。此外，添加适量的碳纳米管等碳类材料也可以改善LiBH4储氢性能，这是由于碳材料可以提高催化剂活性和储氢动力学性能。

总的来说，提高储氢材料的储氢性能是一个复杂的过程，需要多种方法和途径